平推流模型

降低； 降低； 低；
大，φ 减增大，大； 大，φ 大，ξ
n 1，，φ与x无 关，φ 变。
F（t）流过反应器的物料中停留时间小于 t 的质点的分率
Q Q
R
C
反应器的多态 根据不同的操作参数，QR 与 QC 的交点可能有三个、两个、或一个，这 种有多个交点的现象。 平推流模型 亦称活塞流模型或理想置换模型。是一种返混量为零的理想流动模型，它 假设反应物料以稳定流量流入反应器，在反应器中平行地像气缸活塞一样向前移动。 特点： A、沿着物料的流动方向，物料的温度、浓度不断变化。 B、垂直于物料流动方向的任一截面上物料的所有参数，如浓度、温度、压力、流速相同。 C、所有物料质点在反应器中具有相同的停留时间，反应器中不存在返混。 全混流模型 亦称理想混合模型或连续搅拌釜（槽）式反应器模型。是一种返混程度为无 穷大的理想化流动模型。它假定反应物料以稳定流量流入反应器，在反应器中，刚进入反 应器的新鲜物料与存留在反应器中的物料瞬间达到完全混合。 特点： A、反应器中所有空间位置的物料参数都是均匀相等； B、反应器内所有物料参数与反应器出口处的物料参数相同； C、物料质点在反应器中的停留时间不相等，有的很长， 有的很短，形成一个停留时间分 布。返混极大。 气－固相催化反应步骤 ①反应物从气流主体扩散到催化剂的外表面（外扩散过程） ②反应物进一步向催化剂的微孔内扩散进去（内扩散过程） ③反应物在催化剂的表面上被吸附（吸附过程） ④吸附的反应物转化成反应的生成物（表面反应过程） ⑤反应生成物从催化剂表面上脱附下来（脱附过程） ⑥脱附下来的生成物分子从微孔内向外扩散到催化剂外表面处（内扩散过程） ⑦生成物分子从催化剂外表面扩散到主流气流中被带走（外扩散过程） 流－固相催化反应步骤 ①流体反应物由扩散通过流体膜到达颗粒外表面（外扩散过程） ②流体反应物由颗粒外表面通过固体产物层扩散到收缩未反应芯表面（内扩散过程） ③流体反应物和固相反应物在收缩未反应芯表面上进行反应（表面化学反应过程） ④流体产物通过固体产物层扩散到达颗粒外表面（内扩散过程） ⑤流体产物由颗粒外表面扩散到流体主体（外扩散过程） 多重反应的选择率 ①温度效应
t tm 数值特点： t t m : F ( t ) 0 , E ( t ) 0 , F ( ) 0 , E ( ) 0
0 F (t ) 1
t tm t tm
0 E (t ) 0
t tm t tm
t t m : F ( t ) 1 , E ( t ) , F ( ) 1 , E ( ) t t m : F ( t ) 1 , E ( t ) 0 , F ( ) 1 , E ( ) 0
③加料方式
s
rL
rL rM 1
1
n m B m B
1
1 rM r L
2
ζ=
1 1 1 th (3 ) 3
1 s
k 2C k 1C k k
2 1
2 1
A n A
C C
1 1 C
( n A
2

1
Vp Sp
n
)
C
( m B
2
m
0 . 632 , E ( t )
1 tm
e
1
, E ( ) e
1
t : F ( t ) F ( ) 1 , E ( t ) E ( ) 0
粒度、 温度和转化率对内扩散有效因子的影响：
提高温度，φ 大，ξ 粒度 大，φ 大，ξ n 1, x n 1, x
dQ
dT
R

dQ
dT
C
rL k1CA 1 1 s rL rM k1CAa1 k2CAa2 1 k2 C ( a2 a1 ) A k1 k2 k20 E E exp( 1 2 ) k1 k10 Rg T
②浓度效应
a
若 E1>E2 , 则在较高温度下进行 若 E1=E2 , 温度对选择性无影响 若 E1<E2 , 则在较低温度下进行 提高温度对活化能高的反应有利 降低温度对活化能低的反应有利
F F ( t ) ( ) 1 1 e e
t t
m
E (t)
1 t
m
e


t t
m

E ( ) e
数值特点： t 0 : F (t ) 0 , E (t ) 1 tm , F ( ) 0 , E ( ) 1
1
t t m : F ( t ) F ( ) 1 e
1
)
Rp kV Deff 3
kV Deff
动力学特点 n1>n2, m1>m2
浓度要求 CA,， CB 都高
适宜加料方式 ①A、B 同时加入的间歇式操作 ②A、B 同时加入的平推流反应器 ③多段全混流反应器，A、B 同时加入第一级 ①A、B 同时缓慢滴加的间歇式操作 ②A、B 同时加入单个全混流反应器 ③一次加入 A，多股陆续加入 B 的平推流反应器 ①一次加入 A，缓慢滴加 B 的间歇式操作 ②平推流反应器，由进口一次加入 A，沿管长分段加入 B ③多段全混流反应器，由第一段一次加入 A,B 分段加入 ④单个全混流反应器，A、B 同时加入，而后 A 从出口物料中分离返回反应器
CAf：a>b>c=d>e=f
xAf:f=e>d=c>b>a
C O ( g ) H 2O ( g ) C O 2 ( g ) H 2 ( g ) 设有气－固相催化反应： 反应步骤如下： A B C D （1） 外扩散：A 和 B 从气相主体到达颗粒外表面； （2）内扩散：A 和 B 从颗粒外表面进入颗粒内部； （3）化学吸附：A 和 B 被活性位吸附，成为吸附态 A 和 B； （4）表面反应：吸附态 A 和 B 起反应，生成吸附态 C 和 D； （5）脱附：吸附态 C 和 D 脱附成自由的 C 和 D。 （6）内扩散: C 和 D 从颗粒内部到达颗粒外表面; （7）外扩散：C 和 D 从颗粒颗粒外表面到达气相主体； 化学吸附、表面反应和脱附三步是串联的，构成了催化反应过程。按照上述三步获得的催化反应动力学，称之为催 化反应化学动力学，或者催化反应本征动力学。 本征动力学 又称化学动力学，是在理想条件下研究化学反应进行的机理和反应物系组 成、温度、压力等参数对反应速率影响的动力学。 宏观反应动力学 在工业规模的化学反应器中，化学反应过程与质量、热量及动量传递过 程同时进行，研究这种化学反应与物理变化综合过程的动力学称为宏观反应动力学。 简述等温恒容平推流反应器空时、反应时间、停留时间三者关系？ 空时是反应器的有效容积与进料流体的容积流速之比。反应时间是反应物料进入反应 器后从实际发生反应的时刻起到反应达某一程度所需的反应时间。停留时间是指反应物进 入反应器的时刻算起到离开反应器内共停留了多少时间。由于平推流反应器内物料不发生 返混，具有相同的停留时间且等于反应时间，恒容时的空时等于体积流速之比，所以三者 相等。 简述固定床反应器的优缺点 凡是流体通过不动的固体物料所形成的床层而进行反应的 装置都称作固定床反应器。 1）催化剂在床层内不易磨损； 2）床层内流体的流动接近于平推流，与返混式反应器相比，用较少的催化剂和较小的反应 器容积来获得较大的生产能力； 3）固定床中的传热较差； 4）催化剂的更换必须停产进行。
n1<n2, m1<m2
CA, ，CB 都低
n1>n2, m1<m2
CA 高, CB 低
收缩未反应芯模型 反应只在未反应固相的表面上进行，反应面由表及里不断向颗粒中心收缩，未反应芯 逐渐缩小的模型。 缩芯模型分两种类型：反应过程中颗粒大小不变，有固相惰性物残留或 有新的固相产物生成；反应过程中颗粒不断变小，不生成固相产物也无惰性物料残留。 1) 对流一固相非催化反应收缩未反应芯模型,达到同一固相转化率 χВ所需要的反应时间 t 与颗粒半径 Rc
若 a1>a2, 较高反应物浓度对主反应有
s
rL k1 C A 1 a1 a2 k (a a ) rL rM k1C A k 2 C A 1 2 CA 2 1 k1
a1
若 a1=a2, 反应物浓度对选择性无影响 若 a1<a2, 较低反应物浓度对主反应 提高浓度对级数高的反应有利 降低浓度对级数低的反应有利
t2 t1
R ( s2 )n Rs1
当过程为流体滞流膜外扩散控制时,n =（ 当过程为固相产物层内扩散控制时,n =（ 当过程为化学反应控制时,n =（ 1 ）
1.5-2.0 2 ）
）
2）流固相非催化反应过程控制步骤的判别中，在其它条件不变的情况下，若提高反应温度，总体速率显著增 大，则过程属于（化学反应）控制；若提高反应温度，总体速率变化不显著，则过程属于（扩散）控制。 3）流固相非催化反应过程控制步骤的判别中，在其它条件不变的情况下，若提高流体流速，总体速率显著增 大，则过程属于（外扩散）控制；若提高流体流速，总体速率变化不显著，则过程属于（内扩散）控制。 4）流固相非催化反应过程控制步骤的判别中，在其它条件不变的情况下，用反应时间分率 t/tf 与未转化率 1-xB 作图，若为直线则（外扩散）控制；若为曲线则（化学反应或内扩散）控制。 5）流固相非催化反应过程控制步骤的判别中，在其它条件不变的情况下，用反应时间分率 t/tf 和未反应芯半 径 Rc 与颗粒半径 RS 的比值作图，若为直线则（化学反应）控制；若为曲线则（扩散）控制。 平推流：返混为 0 全混流：

2

0
多级全混流串联：

2


2
1 m 1

2

1
一般实际流型： 0


轴向混合模型： 1，